Proces produkcyjny – Wariantowanie zamówień produkcyjnych

Prezentacja na temat: "Proces produkcyjny – Wariantowanie zamówień produkcyjnych"— Zapis prezentacji:

1 Proces produkcyjny – Wariantowanie zamówień produkcyjnych

2 Wstęp Zapoznamy się ze strukturą i działaniem systemu komputerowo wspomaganego podejmowania decyzji w zadaniach planowania i sterowania przepływu produkcji w systemach wieloasortymentowej produkcji rytmicznej. Zastosowanie takich pakietów pozwala na szybką ocenę: Czy możliwa jest terminowa realizacja nowowprowadzanych zleceń w systemie o znanych i niewykorzystanych mocach produkcyjnych w warunkach istniejących deterministycznych ograniczeń logistycznych?

3 Produkcja wieloasortymentowa umożliwia jednoczesne wytwarzanie krótkich serii wyrobów wzdłuż określonych marszrut technologicznych. Celem nadrzędnym staje się zatem sprawne planowanie produkcji, poszukiwanie związków umożliwiających odpowiedzi na pytania typu: Co, gdzie, kiedy oraz w jakiej ilości powinno być dostarczone dla efektywnej realizacji produkcji?

4 Struktura ERP:

5 Moduł-Sterowanie produkcją:

6 Model przepływu: Przykładowy pakiet umożliwia podejmowanie decyzji dotyczących możliwości realizacji zlecenia produkcyjnego przy zadanych ograniczeniach związanych z systemem wytwórczym i wymaganiami klienta. Każde zlecenie, będące przedmiotem weryfikacji, charakteryzuje się określonymi parametrami, takimi jak: wielkość zlecenia, termin realizacji, wielkość partii produkcyjnej, okres wprowadzania partii produkcyjnej, proces produkcyjny. Realizacja zlecenia weryfikowana jest pod kątem możliwości i ograniczeń podsystemów: wytwórczego, transportu i składowania.

7 W omawianym przypadku system wieloasortymentowej produkcji rytmicznej składa się ze:
zbioru maszyn technologicznych {Mi| i = 1,...,m}, zbioru procesów produkcyjnych wyrobów {Pj| j = 1,...,n}, zbioru magazynów przystanowiskowych {Bk| k = 1,...,m} magazynu wejścia-wyjścia oraz zbioru wózków samojezdnych {Wz| z = 1,...,f}. Przyjmuje się, że wózki samojezdne poruszają się cyklicznie wzdłuż z góry zadanych tras.

8 System jednoczesnej, wieloasortymentowej produkcji rytmicznej charakteryzuje się krótko i średnioseryjną produkcją. Przy każdym ze stanowisk występuje magazyn (bufor przystanowiskowy) podzielony na dwa pola (przedoperacyjne i pooperacyjne) o zadanych pojemnościach. Pomiędzy zasobami technologicznymi poruszają się wózki samojezdne, których zadaniem jest przewożenie materiału zgodnie z marszrutami technologicznymi realizowanych procesów.

9 Sposób przepływu materiału procesu P1 i P2 :
3 4 M1, ..., M4 - zasoby technologiczne (obrabiarki CNC); B1, ..., B4 - bufory przystanowiskowe; W1, W2 - wózki AGV; marszruty procesów P1, P2 ; marszruty transportowe wózków samojezdnych W1 i W2

10 Przykład realizacji współbieżnych procesów produkcyjnych:
Obrabiarka CNC Magazyn materiałów i wyrobów gotowych Magazyn centralny (przenośnik wewnętrzny) Paleta Przenośnik zewnętrzny

11 Założenia przepływu produkcji :
dostęp procesów do zasobów dzielonych realizowany jest w trybie wzajemnego wykluczania; operacje technologiczne wykonywane na zasobach są niewywłaszczalne; każdy proces jest sekwencją skończonej liczby operacji, które są wykonywane w kolejności określonej przez marszrutę; każda marszruta przebiega tylko raz przez dany zasób; na wejściu i wyjściu każdej marszruty znajduje się magazyn o pojemności równej wielkości partii produkcyjnej;

12 rozpoczęcie kolejnej operacji następuje po zakończeniu operacji ją poprzedzającej, pod warunkiem dostępności zasobu; czasy operacji technologicznych i transportowych są liczbami naturalnymi; czasy wykonania operacji mają charakter deterministyczny; operacje transportu pomiędzy stanowiskami marszruty wykonywane są przy udziale podsystemu transportu bliskiego i magazynowania.

13 Podsystem transportu bliskiego i magazynowania stanowi zbiór zasobów operacyjnych (magazynów, wózków samojezdnych, tras jezdnych, itp.), za pomocą których realizowany jest proces przepływu materiałów w systemie. Charakteryzuje się on następującymi założeniami: dany jest skończony zbiór odcinków (tras jezdnych) łączących pary zasobów technologicznych; w systemie występuje skończona liczba wózków samojezdnych o zadanych pojemnościach; wózki poruszają się ze stałą prędkością, cyklicznie po ściśle określonych marszrutach transportowych;

14 marszruta transportowa stanowi zbiór jednokierunkowych odcinków (tras jezdnych) łączących pary zasobów technologicznych systemu; marszruta transportowa może przebiegać co najwyżej raz przez ten sam odcinek (brak nawrotów); dostęp do odcinków współużytkowanych przez wózki realizowany jest w trybie wzajemnego wykluczania; dana jest specyfikacja czasów przejazdu wózka po trasach systemu; czasy załadunku i rozładunku wliczone są w czas przejazdu wózka po trasie; dana jest specyfikacja okresów powtarzalności przejazdu wózków po wybranych trasach (marszrucie transportowej);

15 dana jest skończona liczba buforów przystanowiskowych odpowiadająca liczbie zasobów technologicznych systemu; na wejściu i na wyjściu marszruty technologicznej znajduje się bufor o pojemności odpowiadającej wielkości partii produkcyjnej realizowanego procesu; bufor przystanowiskowy Bk składa się z dwóch części magazynowych: pola wejściowego (przedoperacyjnego) Bk/1, gromadzącego elementy przed obróbką na danym stanowisku i  pola wyjściowego (pooperacyjnego) Bk/2, gromadzącego elementy po obróbce technologicznej na danym stanowisku; dana jest skończona pojemność pól składowania dla k-tego bufora przystanowiskowego Bk/1 i Bk/2.

16 Planowanie przepływu produkcji:
Wariantowanie przepływu produkcji w systemie wieloasortymentowej produkcji rytmicznej polega na sprawdzeniu warunków mających charakter warunków wystarczających, których spełnienie gwarantuje terminową realizację zleceń produkcyjnych w systemie o znanych, niewykorzystanych mocach produkcyjnych. Służy zatem wyznaczeniu takiej wielkości partii produkcyjnej wprowadzanego procesu, która spełnia ograniczenia systemu.

17 Decyzja o przyjęciu (doborze) nowego zlecenia produkcyjnego jest podejmowana w siedmiu etapach:
Etap 1 - wyznaczenie zbioru dopuszczalnych wielkości partii produkcyjnych DZW. Zbiór ten determinowany jest wielkościami istniejących przestojów na zasobach wspólnych występujących w marszrucie technologicznej nowowprowadzanego zlecenia. Etap 2 - wyznaczenie podzbioru DTN DZW elementów, dla których możliwe jest wyznaczenie przebiegu ustalonego spełniającego warunki technologicznego następstwa operacji oraz zagwarantowany jest niezakłócony przebieg aktualnie realizowanych zleceń.

18 Etap 3 - wyznaczenie podzbioru DWS DTN elementów, dla których istnieje wystarczająca liczba wózków samojezdnych niezbędnych dla zrealizowania wszystkich operacji transportowych. Etap 4 - wyznaczenie podzbioru DPT DWS elementów, dla których wyznaczone wielkości partii transportowych gwarantują niezakłócony przepływ aktualnie realizowanej produkcji w systemie. Etap 5 - wyznaczenie podzbioru DPW DPT elementów, dla których dostępne pojemności wózków samojezdnych gwarantują wykonanie wszystkich operacji transportowych na zadanych partiach transportowych.

19 DTR DPB DPW DPT DWS DTN DZW.
Etap 6 - zbiór DPW ogranicza się do elementów, dla których istnieje wystarczająca pojemność buforów przystanowiskowych (gwarantująca realizację wszystkich operacji magazynowania). - wyznaczenie zbioru DPB. W ostatnim etapie 7 następuje wyznaczenie podzbioru DTR DPB elementów, dla których możliwa jest terminowa realizacja nowego zlecenia. Przedstawione postępowanie prowadzi do wyznaczenia zbioru dopuszczalnych wielkości partii produkcyjnych DTR DPB DPW DPT DWS DTN DZW. Dopuszczalne są zatem te warianty organizacji produkcji, dla których istnieje partia produkcyjna, wielkość której umożliwia terminową realizację zlecenia przy nie zakłóconym przepływie aktualnie realizowanych procesów.

20 Wyznaczanie zbiorów dopuszczalnych wielkości partii produkcyjnych:
ZW TN WS PT PB PW TR Í

21 Ustalony przepływ n+1 - sze Ustalenie dopuszczalnego wariantu organizacji przepływu produkcji realizowane jest w oparciu o sekwencję warunków wystarczających, ograniczających wyjściowy zbiór rozwiązań dopuszczalnych: Każda wielkość partii ze zbioru DTR odpowiada jednemu z dopuszczalnych, ustalonych przepływów produkcji nowowprowadzanego zlecenia. Gdy zbiór DTR jest zbiorem pustym, oznacza to, że zlecenie nie zostanie przyjęte do realizacji. produkcji dla n-zleceń zlecenie Przestoje zasobów wspólnych (wyznaczenie zbioru dopuszczalnych wielkości partii produkcyjnych dla D ZW n+1-szego zlecenia) Technologiczne następstwo operacji D TN Dostępna ilość wózków samojezdnych D WS Zmienne wielkości partii transportowych D PT Dostępna pojemność wózków D samojezdnych PW Dostępna pojemność magazynów D przystanowiskowych PB Terminowość realizacji zlecenia D TR Zbiór ustalonych przepływów produkcji dla n+1- zleceń

22 System planowania przepływu produkcji – SPPP:
System SPPP składa się z dwóch podstawowych modułów: Specyfikacji systemu produkcyjnego: - zasoby technologiczne (maszyny wytwórcze); - trasy w systemie transportu bliskiego; - wózki samojezdne; - rozkład jazdy; Planowania: - biblioteka procesów; - zlecenia produkcyjne; - weryfikacja zleceń.

23 b) Moduł planowania przepływu produkcji.
a) Moduł specyfikacji systemu.

24 Wprowadzenie danych wejściowych systemu produkcyjnego:
obejmuje określenie: liczby zasobów technologicznych i buforów przystanowiskowych; pojemności buforów przystanowiskowych; tras podsystemu transportu bliskiego i magazynowania; liczby i pojemności wózków samojezdnych; rozkładu jazdy podsystemu transportu w systemie.

25 Specyfikacja zasobów technologicznych:
usunięcie pozycji z listy dodanie nowej pozycji do listy edycja wybranej pozycji z listy anuluj przycisk akceptuj wybór pozycji z listy

26 Specyfikacja tras systemu transportu bliskiego:

27 Specyfikacja wózków samojezdnych:

28 Planowanie rozkładu jazdy wózków samojezdnych:

29 Komunikat sygnalizujący problem kolizji:

30 Harmonogram rozkładu jazdy wózków samojezdnych:

31 Specyfikacja zleceń produkcyjnych przewidzianych do realizacji w systemie:

32 Specyfikacja zleceń produkcyjnych

33 Moduł weryfikacji zleceń produkcyjnych

34 Planowanie przepływu w systemie – SPPP:

35 Zbiór reguł wyboru priorytetu alokowanych na zasobach M1, M2:
oraz odpowiednio na ich buforach przystanowiskowych M1WE , M1WY i M2WE, M2WY, które określają kolejność dostępu procesów do poszczególnych zasobów: W celu zapewnienia ustalonego przebiegu procesów, relacje pomiędzy regułami alokowanymi na zasobach systemu uwzględniają tzw. warunek bilansu systemu. Warunek ten jest spełniony, gdy liczba detali wprowadzonych do każdej marszruty produkcyjnej w przebiegu ustalonym systemu równa jest liczbie detali wychodzących z systemu.

36 Komunikaty o przyczynie odrzucenia zlecenia:
Na podstawie generowanych komunikatów system SPPP pozwala uzyskać informacje o słabych stronach systemu produkcyjnego. Analiza komunikatów pozwala na dostosowanie systemu do realizacji odrzuconych zleceń poprzez np. zwiększenie pojemności bufora przystanowiskowego, uruchomienie dodatkowych wózków samojezdnych, zwiększenie ich pojemności, zmianę marszrut wprowadzanych procesów lub negocjację terminów realizacji zleceń z klientem, itp

37 Diagram obciążeń zasobów technologicznych w trakcie realizacji zleceń Z1 i Z2
Po dokonaniu weryfikacji zleceń w systemie SPPP dostępne są diagramy ilustrujące obciążenie zasobów technologicznych, obciążenie wózków samojezdnych, obciążenie magazynów przystanowiskowych oraz harmonogram rozkładu jazdy wózków samojezdnych.

38 Obciążenie wózków W1 i W2 o pojemności odpowiednio 2 i 4, elementami partii zlecenia Z1 i Z2 w przebiegu ustalonym o okresie T=12:

39 PRZYKŁADOWE EKSPERYMENTY:
Stanowią ilustrację wykorzystania SPPP: w projektowaniu obciążeń systemu; doborze zleceń produkcyjnych; projektowaniu struktury systemu produkcyjnego.

40 1. Projektowanie obciążenia systemu
Projektowanie obciążeń jest typowym zadaniem z zakresu planowania operatywnego. Do systemu kierowane są planowane do realizacji zlecenia produkcyjne. Od systemu planowania przepływu oczekuje się dokonania odpowiedniego przydziału zadań do poszczególnych maszyn, wózków samojezdnych, buforów przystanowiskowych, itd., co odpowiada zaprojektowaniu ustalonego przepływu produkcji.

41 Dana jest komórka produkcyjna składająca się z sześciu zasobów technologicznych (obrabiarek CNC) oraz sześciu buforów przystanowiskowych wejściowych i sześciu buforów przystanowiskowych wyjściowych. Dopuszczalna pojemność każdego z nich wynosi 2 elementy. W systemie kursują cyklicznie dwa wózki samojezdne W1 i W2 o pojemności 2 elementów, według rozkładu jazdy, jak na poniższym diagramie:

42 Operacje transportowe (czasy operacji)
Marszruty wózków oraz czasy realizacji operacji transportowych ilustruje poniższa tabela: Nazwa Okres Operacje transportowe (czasy operacji) Wózek W1 Tw1= 4 M1 – M3 (1) M3 – M6 (1) M6 – M1 (2) Wózek W2 Tw2= 6 M4 – M5 (3) M5 – M1 (1) M1 – M2 (1) M2 – M4 (1) Okres systemu transportu wynosi T=12

43 Liczba operacji w procesie
Do realizacji w systemie przewidziane są trzy zlecenia produkcyjne Z1, Z2 i Z3 : Lp. Nazwa Liczba operacji w procesie Wielkość serii Termin realizacji Z1 Wałek stożkowy 3 100 450 Z2 Koło zębate 2500 Z3 Korpus 50 1300

44 Zlecenie Z1 (wałek stożkowy) specyfikowane jest procesem P1
Nr operacji procesu P1 1 2 3 Zasób technologiczny M1 M3 M6 Czas przygotowawczo-zakończeniowy Czas realizacji operacji 4 Zlecenie Z2 (koło zębate) specyfikowane jest procesem P2 Nr operacji procesu P2 1 2 3 Zasób technologiczny M6 M1 M2 Czas przygotowawczo-zakończeniowy Czas realizacji operacji 13

45 Zlecenie Z3 (korpus) specyfikowane jest procesem P3
Nr operacji procesu P3 1 2 3 Zasób technologiczny M2 M4 M5 Czas przygotowawczo-zakończeniowy Czas realizacji operacji 6 8 Parametry systemu oraz zleceń produkcyjnych wprowadzono do systemu planowania przepływu produkcji – SPPP. Kolejność wprowadzania zleceń do systemu, wielkości i terminy ich realizacji określono w oknie dialogowym – specyfikacji zleceń produkcyjnych.

46 Specyfikacja zleceń produkcyjnych Z1, Z2, Z3

47 Wybór wielkości partii produkcyjnej dla zlecenia Z1
Podczas weryfikacji zleceń, zlecenie Z1 zostaje wprowadzone do systemu z partią produkcyjną 3: Wybór wielkości partii produkcyjnej dla zlecenia Z1

48 Okno modułu weryfikacji po wprowadzeniu zlecenia Z1:

49 Okno modułu weryfikacji po wprowadzeniu zlecenia Z2:

50 Wprowadzenie trzeciego zlecenia Z3 wymaga interwencji operatora dotyczącej doboru wielkości partii produkcyjnej z wyznaczonego zbioru dopuszczalnych wielkości partii. Zlecenie zostaje wprowadzone do systemu z partią produkcyjną wielkości 2:

51 Okno modułu weryfikacji po wprowadzeniu zlecenia Z3:

52 Wszystkie zlecenia zostały przyjęte do realizacji w systemie.
Dla każdego z nich określone są: wielkość partii produkcyjnej, wielkości partii transportowych dla każdego odcinka jego marszruty produkcyjnej, termin rozpoczęcia oraz zakończenia realizacji zlecenia, długość cyklu produkcyjnego, okresowość wprowadzania partii produkcyjnych, zbiór reguł wyboru priorytetu alokowanych na zasobach i buforach przystanowiskowych oraz wektor ich aktywacji. Jednocześnie wyznaczane są wskaźniki oceny jakościowej systemu: wskaźnik terminowości realizacji zlecenia, wskaźniki obciążenia zasobów, wózków samojezdnych oraz magazynów przystanowiskowych.

53 Przebieg ustalony realizowanej produkcji – obciążenie zasobów:
Obciążenie wózków samojezdnych elementami realizowanych w systemie:

54 Diagram obciążeń magazynów (buforów) przystanowiskowych w trakcie realizacji zleceń Z1, Z2, Z3:

55 2. Dobór zleceń produkcyjnych
Dobór zleceń produkcyjnych polega na udzieleniu odpowiedzi na pytanie: czy możliwe jest wprowadzenie dodatkowego zlecenia do systemu, w którym aktualnie realizowane są inne zlecenia. Możliwość doboru nowych zleceń produkcyjnych wpływa na wzrost efektywności wykorzystania systemu oraz możliwość lepszego dostosowania się do oczekiwań zleceniodawców. Wprowadzenie kolejnego zlecenia następuje wówczas, gdy jego realizacja w systemie gwarantuje terminowe jego ukończenie oraz zapewniony jest nie zakłócony przebieg aktualnie realizowanej produkcji.

56 Do systemu z poprzedniego przykładu zgłoszone zostają dwa nowe zlecenia Z4 i Z5 specyfikowane odpowiednio procesami P4 i P5 Nr operacji procesu P4 1 2 3 Zasób technologiczny M2 M4 M5 Czas przygotowawczo-zakończeniowy Czas realizacji operacji Nr operacji procesu P5 1 2 Zasób technologiczny M6 M4 Czas przygotowawczo-zakończeniowy Czas realizacji operacji

57 Liczba operacji w procesie
Rozszerzony program produkcji o zlecenia Z4 i Z5 przedstawia poniższa tabela: Lp. Nazwa Liczba operacji w procesie Wielkość serii Termin realizacji Z1 Wałek stożkowy 3 100 450 Z2 Koło zębate 2500 Z3 Korpus 50 1300 Z4 Wałek zębaty stożkowy 10 300 Z5 Zębnik 2

58 Uruchomienie modułu weryfikacji zaowocowało wyznaczeniem dla zlecenia Z4 dwóch dopuszczalnych wielkości partii produkcyjnych gwarantujących terminową realizację zlecenia przy niezakłóconym przepływie aktualnie realizowanych zleceń Z1, Z2 i Z3. Do systemu wprowadzono zlecenie Z4 z partią produkcyjną 2

59 Okno modułu weryfikacji po wprowadzeniu zlecenia Z4

60 Zlecenie Z5 zostaje odrzucone ze względu na brak dostępności wózka umożliwiającego zrealizowanie wymaganej operacji transportowej:

61 Przebieg ustalony po wprowadzeniu zlecenia Z4:

62 3. Projektowanie struktury systemu
Planowanie produkcji w systemie SPPP pozwala na syntezę rozpatrywanego systemu produkcyjnego. Oznacza to możliwość wnioskowania o strukturze danego systemu na podstawie znajomości jego zachowania się w określonych sytuacjach. Dzięki generowanym przez system SPPP informacjom można określić, jakie zmiany w strukturze systemu należałoby przeprowadzić, aby zrealizować dodatkowe zlecenia produkcyjne, np.: zwiększenie pojemności odpowiedniego bufora przystanowiskowego lub wózka samojezdnego, dopasowanie struktury tras systemu transportu, zmiana rozkładu jazdy wózka, wprowadzenie dodatkowego środka transportu, itp.

63 Wykorzystano dane z dwóch wcześniejszych przykładów.
W poprzednim przypadku, w wyniku weryfikacji nowych zleceń Z4 i Z5 odrzucono zlecenie Z5 ze względu na brak wózka na trasie M6 - M4 w okresie <12 ; 14>. Oznacza to, iż dla zrealizowania zlecenia Z5 wymagana jest dostępność w zadanym odcinku czasu środka transportowego zdolnego do przetransportowania elementów tego zlecenia ze stanowiska M6 na stanowisko M4. W związku z tym wprowadzono nowy wózek W3 o pojemności 2 elementów, którego czasy realizacji operacji transportowych oraz marszrutę transportową przedstawia kolejna tablica 

64 Marszruta wprowadzonego wózka W3
Nazwa Okres Operacje transportowe (czasy operacji) Wózek W3 Tw3=3 M6 – M4(1) M4 – M1 (3) M1 – M6(2) Rozkład jazdy wózków samojezdnych po wprowadzeniu wózka W3

65 W wyniku ponownej próby weryfikacji zlecenie Z5 przyjęte zostało do realizacji w systemie:

66 Zastosowanie systemu planowania przepływu produkcji pozwala nie tylko na zaprojektowanie obciążeń systemu (harmonogramu) lecz również na udzielenie szybkiej odpowiedzi kontrahentom zgłaszającym potrzebę wykonania określonych zleceń produkcyjnych w systemie o możliwości terminowego ich wykonania. W przypadku zleceń priorytetowych istnieje możliwość dostosowania struktury systemu do potrzeb wynikających z ich realizacji na podstawie informacji uzyskiwanych z systemu. Istnieje również możliwość oceny pracy systemu dzięki generowanym wskaźnikom oceny jakościowej systemu, takich jak: wskaźnik obciążenia zasobów technologicznych, wskaźnik obciążenia wózków i magazynów oraz wskaźnik terminowości realizacji zleceń. Pozwala to, na bieżąco oceniać efektywność systemu po wprowadzeniu każdego z nowych zleceń bądź po wprowadzeniu zmian parametrów systemu.

67 Literatura Gattner D., Saniuk S., Skołud B., (2000), Zarządzanie przepływem wieloasortymentowej produkcji rytmicznej w warunkach ograniczeń logistycznych, Pomiary Automatyka Robotyka, Miesięcznik naukowo – techniczny, Warszawa, kwiecień 2000, s Saniuk S., Krenczyk D., Banaszak Z., (2000), Weryfikacja zleceń produkcyjnych w systemach jednoczesnej wieloasortymentowej produkcji rytmicznej, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Automatyka z. 129, s